一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法与流程

本发明属于摩擦焊，特别是涉及一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法。

背景技术：

1、惯性摩擦焊技术是一种依靠惯性盘（飞轮）储存的转动动能转化为摩擦热能，从而在轴向压力的作用下实现工件固态连接的先进焊接工艺。由于该工艺具有焊接接头强度高、热影响区窄、变形小等显著优点，被广泛应用于航空发动机、燃气轮机等高端装备制造领域中高温合金及其他难焊金属材料的连接制造。

2、在实际生产与工艺开发中，一项成熟的惯性摩擦焊工艺往往需要在不同型号或不同批次的惯性摩擦焊机之间进行参数移植与复刻。然而，不同惯性摩擦焊机之间的能量输入能力存在显著的个体差异。这种差异主要源于设备在运行过程中的非焊接能量损耗，例如主轴轴承的机械摩擦损耗、飞轮高速旋转时的风阻损耗、以及顶锻过程中液压系统的内泄与响应滞后等。

3、目前，行业内常规的跨设备参数移植方法主要面临以下技术瓶颈：

4、首先，为了补偿上述设备个体差异，现有的参数移植往往依赖于建立设备能量损耗的理论计算模型。但由于设备的内部机械损耗与液压动态损耗极难被精准量化，导致理论换算存在较高的计算误差，无法直接指导实际生产。

5、其次，为了修正理论计算的误差，现场工程人员通常只能采用“试凑法”，即直接使用真实的目标工件在目标设备上进行反复试焊与参数调整。对于航空发动机用薄壁高温合金等高端零部件而言，这种方式不仅极大地拉长了工艺调试周期，而且由于目标工件材料极其昂贵，反复的试错会造成极其高昂的贵重材料损耗与试验成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，以解决现有技术中跨设备参数移植依赖复杂理论计算、模型误差高，以及直接使用昂贵目标工件进行“试凑”导致试验成本极其高昂的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，它包括以下步骤：

3、步骤1：在源设备上，使用目标工件进行惯性摩擦焊工艺调试，获取并锁定满足所述目标工件焊接质量的最优工艺参数组合；

4、步骤2：保持步骤1中锁定的工艺参数组合不变，在源设备上使用基准标定件进行焊接，记录焊接完成后基准标定件的轴向缩短量作为基准缩短量，其中，基准标定件焊口的中线直径与目标工件焊口的中线直径一致；

5、步骤3：在待移植参数的目标设备上，将顶锻压力设定为与步骤1中相同的数值，并将目标设备的转动惯量调整至与源设备相等或接近的固定值；

6、步骤4：在目标设备上，设定理论换算的主轴初始转速，焊接与步骤2结构相同的基准标定件，测量并记录其轴向缩短量，将目标设备的主轴初始转速作为单一调节变量进行调整；

7、步骤5：重复步骤4，直至目标设备上基准标定件的轴向缩短量与基准缩短量的差值绝对值在0.5mm以内，此时锁定目标设备的主轴初始转速，并将该主轴初始转速、选定的转动惯量以及顶锻压力作为正式工艺参数，用于在目标设备上对所述目标工件进行正式焊接。

8、更进一步的，所述目标工件的材质为航空发动机制造用高温合金或其他高成本难焊金属材料。

9、更进一步的，所述基准标定件的材质为碳钢或中高合金钢，其材料成本显著低于所述目标工件。

10、更进一步的，为了补偿所述基准标定件与所述目标工件在高温下的材料变形抗力差异，所述基准标定件的焊口壁厚大于所述目标工件的焊口壁厚，使得两者在相同的所述顶锻压力下具备等效的塑性变形抗力。

11、更进一步的，在步骤4的迭代调校过程中，目标设备的主轴初始转速呈单向梯度递增或单向梯度递减进行调整。

12、更进一步的，步骤1中所述最优工艺参数组合包括源设备的主轴初始转速、转动惯量和顶锻压力。

13、更进一步的，步骤4中若当前测得的轴向缩短量小于基准缩短量，则提高目标设备的主轴初始转速重新进行试焊，若当前测得的轴向缩短量大于基准缩短量，则降低目标设备的主轴初始转速重新进行试焊。

14、更进一步的，在步骤4中，目标设备的主轴初始转速呈单向梯度递增或单向梯度递减进行调整。

15、更进一步的，在步骤2中，在源设备上焊接基准标定件时，还同步记录主轴转速衰减曲线作为基准曲线。

16、更进一步的，在步骤5中，当轴向缩短量的差值绝对值达到0.5 mm以内时，进一步对比目标设备上的主轴转速衰减曲线与基准曲线的拟合度，以辅助验证能量输入的一致性。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、本发明利用物理标定件作为“能量标尺”，彻底避开了不同摩擦焊机之间（如轴承摩擦、液压内泄等）难以量化和计算的动能损耗差异，避免了传统理论能量换算带来的高误差，实现了工艺参数的精准物理级复刻。

19、2、针对航空发动机制造等使用的昂贵难焊材料，本发明采用价格低廉碳钢或中高合金钢作为替代模拟件进行跨设备调试。这一方法有效避免了贵重材料在工艺移植初期的报废与损耗，具有极其显著的经济效益。

20、3、本发明提出了通过增加标定件壁厚的几何结构设计，弥补廉价材料与高端目标材料之间的变形抗力差异。该设计使得能量对齐测试能够在真实的受力状态下高保真还原，保证了工艺移植的严谨性与有效性。

21、4、本发明采用“顶锻压力恒定、转动惯量恒定+主轴转速单变量闭环调节”的调校逻辑，并以“轴向缩短量误差≤0.5mm”作为客观量化判据。该方案大大简化了现场工程师的操作难度，剥离了对操作人员经验的过度依赖，显著缩短了新设备的参数导入周期。

1.一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：它包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：所述目标工件的材质为航空发动机制造用高温合金。

3.根据权利要求1所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：所述基准标定件的材质为碳钢或中高合金钢。

4.根据权利要求1所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：所述基准标定件的焊口壁厚大于目标工件的焊口壁厚。

5.根据权利要求1所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：步骤1中所述最优工艺参数组合包括源设备的主轴初始转速、转动惯量和顶锻压力。

6.根据权利要求1所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：步骤4中若当前测得的轴向缩短量小于基准缩短量，则提高目标设备的主轴初始转速重新进行试焊，若当前测得的轴向缩短量大于基准缩短量，则降低目标设备的主轴初始转速重新进行试焊。

7.根据权利要求1所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：在步骤4中，目标设备的主轴初始转速呈单向梯度递增或单向梯度递减进行调整。

8.根据权利要求1所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：在步骤2中，在源设备上焊接基准标定件时，还同步记录主轴转速衰减曲线作为基准曲线。

9.根据权利要求8所述的一种基于基准标定件的惯性摩擦焊工艺参数等效移植方法，其特征在于：在步骤5中，当轴向缩短量的差值绝对值达到0.5 mm以内时，进一步对比目标设备上的主轴转速衰减曲线与基准曲线的拟合度，以辅助验证能量输入的一致性。